WO2010112763A1 - Procédé de contrôle de la directivité et la polarisation de distributions cohérentes de champ dans un milieu réverbérant - Google Patents

Procédé de contrôle de la directivité et la polarisation de distributions cohérentes de champ dans un milieu réverbérant Download PDF

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WO2010112763A1
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transducers
group
spatio
excitation
temporal
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PCT/FR2010/050594
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Andrea Cozza
Mouhamad Houmam Moussa
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Supelec
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    • H03D7/166—Multiple-frequency-changing at least two frequency changers being located in different paths, e.g. in two paths with carriers in quadrature using two or more quadrature frequency translation stages

Definitions

  • the present invention relates to a method of generating a spatio-temporal field in a reverberant medium for analyzing the behavior of an object under test placed in the reverberant medium. It finds a particularly interesting application in the detection of immunity defects of objects subjected to electromagnetic emissions or in the response of objects subject to a particular field.
  • the present invention can also be applied in the acoustic field.
  • the present invention aims to overcome the aforementioned drawbacks by providing a method for generating an intense field and to control the directivity, the direction of arrival and polarization.
  • Another object of the invention is a real-time control of the spatio-temporal distribution of the field produced.
  • At least one of the aforementioned objectives is achieved with a method for generating a spatio-temporal field in a reverberant medium for analyzing the behavior of an object under test placed in the reverberant medium.
  • the method according to the invention comprises the following steps: at least one transfer function is considered between a first group of transducers comprising at least one transducer disposed in the reverberant medium and a second group of transducers comprising at least one transducer also arranged in the reverberant medium, taking into account the distribution space of the transducers of the first group, we consider a spatio-temporal excitation field that we wish to apply to the object,
  • said at least one transfer function is applied to these primary signals so as to obtain secondary signals
  • a time domain time reversal or frequency phase phase conjugation technique is used on these secondary signals so as to determine excitation signals
  • the reverberant medium may be a reverberant chamber or an enclosure with a high reflectivity of the walls to the incident waves.
  • the first group of transducers is therefore used for estimating the transfer functions.
  • this first group is no longer necessary when injecting the excitation signals, that is to say, for example, during electromagnetic compatibility measurements of an object under test.
  • many wave propagation scenarios can be realized by modifying only the excitation signals; the position of the transducers of the second group remaining identical to their position during the estimation.
  • the present invention makes it possible to generate coherent spatial distributions, high intensities and polarized spatio-temporal field in a reverberant medium while retaining the ability to focus this field anywhere in the reverberant medium.
  • the invention has a serious advantage over the prior art as regards the duration of the tests, which is limited only by the physical limits of the test environment, such as, for example, the propagation time of the front end. wave that is generated.
  • a representative test time of lms makes it possible to make 1000 different configurations in one second from a single initial characterization phase (obtaining the transfer functions for a given positioning of the transducers).
  • each primary signal is defined in the form ⁇ , .X, where X is the frequency spectrum of a signal as a function of the temporal variation that the we want to obtain; ⁇ is a complex coefficient of amplitude and phase weighting of the signal X, and j is an index designating each transducer of the first group of transducers; these coefficients ⁇ , being defined as a function of the directivity, and / or the direction of arrival, and / or the intensity of the spatio-temporal excitation field, and / or the polarization.
  • ⁇ is determined according to a free-space transducer array synthesis technique. More precisely, when estimating the transfer function, there is a time window where the radiation of the transducers of the first group propagates under the conditions of the free space during which the emitted wavefront did not have interaction with the walls of the reverberant medium.
  • the technique of reversal (“Time Reversal" in English) will allow to find this time window by transforming the divergent wavefront into a wavefront converging towards the object under test.
  • the present invention makes it possible to consider a spatio-temporal field that one wishes to apply to the object under test; the properties of this spatio-temporal field including in particular the intensity, the polarization, the directivity and the direction of arrival.
  • the primary signal which should be applied to each transducer of the first group is determined. In particular, it is the same primary signal but with ⁇ weighting, different on each transducer of the first group. Knowing the transfer function between the transducers of the first group and the second group, secondary signals are determined which would be picked up by the second transducers for a divergent emission of the spatio-temporal field from the transducers of the first group.
  • two transfer functions can be determined for respectively two different orthogonal orientations of said at least one transducer of the first group of transducers; the two orientations being tangent to a surface comprising all the transducers of the first group of transducers; then in the modeling step, a linear combination of the two transfer functions is applied as a function of the desired polarization of the wavefront of said spatio-temporal field of excitation. It is thus possible to define any type of polarization for the spatio-temporal field of excitation, such as for example a linear polarization.
  • three transfer functions are determined for respectively three different orthogonal orientations of the at least one transducer of the first group of transducers; then in the modeling step, a linear combination of the three transfer functions is applied as a function of the desired polarization of the wavefront of said spatio-temporal field of excitation.
  • a linear combination of the three transfer functions is applied as a function of the desired polarization of the wavefront of said spatio-temporal field of excitation.
  • any type of polarization for the spatio-temporal excitation field it is also possible to define any type of polarization for the spatio-temporal excitation field.
  • the spatio-temporal excitation field has a wavefront whose properties can be easily and rapidly modified:
  • the directivity it is possible to modify in real time the directivity of the wavefront without mechanical and / or electronic displacement of the transducers of the second group, it is sufficient to change the signals applied to these transducers; it is the same with the direction of arrival of the wave front which, in particular, is related to the arrangement of the transducers of the first group;
  • the first group of transducers may comprise a plurality of transducers arranged:
  • the transducers are the least intrusive possible.
  • these are components capable of converting an electromagnetic or acoustic signal into an electrical or optical signal.
  • Each transducer of the first group may be an antenna or probe capable of emitting a spatio-temporal field during the determination of the transfer function, but capable of being "invisible" during the measurement phases. By invisible, we mean the least disruptive possible with respect to the spatio-temporal field of excitation generated by the transducers of the second group.
  • the transducers of the first group may be electro-optical or electro-acoustic probes.
  • Electro-optical probes can be based on electro-optical crystals. It's not really antennas. Such an electro-optical probe operates in such a way that the signal associated with a field picked up by this probe modulates an optical signal which is then transmitted by optical fiber to a processing unit. From this modulation the field is estimated at the location of the probe.
  • Electro-optical probes based on RF / optical conversion can also be used.
  • the captured signal is converted then transmitted on optical fiber.
  • a variant of such probes is the use, in place of the antenna, of an electric or magnetic field sensor (TEM cells, capacitors, Hall effect sensors, etc.).
  • the step of estimating at least one transfer function it is possible to use at least one transducer of the first group that is moved in different positions, a component of said at least one transfer function for each different position.
  • at least one transducer of the first group that is moved in different positions, a component of said at least one transfer function for each different position.
  • only one transducer is used which is moved to determine the overall transfer function.
  • the estimation of said at least one transfer function is obtained in the frequency domain by using a network analyzer, in particular a vector analyzer.
  • the estimate of the at least one transfer function can be obtained in the time domain using an arbitrary waveform or function generator and an oscilloscope.
  • FIG. 1 is a simplified diagram of a configuration for the characterization of the reverberant medium so as to determine transfer functions H 1J ; and
  • FIG. 2 is a simplified diagram of a measurement phase during which excitation signals are injected into transducers of the second group designated by Field Synthesis Network (RSC).
  • RSC Field Synthesis Network
  • the implementation of this method requires a highly reverberant environment such as an enclosure of any shape whose walls have a high reflectivity and therefore introduce the least possible losses.
  • the invention makes it possible to generate intense, deterministic and coherent fields in a reverberant chamber usually used to generate intense, but random and non-coherent fields.
  • FIG. 1 shows a configuration for characterizing the reverberant medium contained in a chamber 1.
  • transducers for generating or measuring the field and which can be divided into two distinct families:
  • CSR Network of Equivalent Sources
  • a second group of four transducers 8-11 which define a Field Synthesis Network (RSC) and which can be arranged on the walls or throughout the volume of the reverberant medium.
  • RSC Field Synthesis Network
  • passive field diffusers may be provided to possibly improve performance, but this introduces an additional level of complexity.
  • the EST test equipment may preferably be present for the duration of the test.
  • the purpose of an electromagnetic compatibility measurement is to attack the EST test equipment with coherent wave fronts (impulse or not) in different directions of arrival. Therefore, according to the set of directions that we are considering, we define the spatial configuration of the network of equivalent sources CSR.
  • the transducers 2-7 of the RSE are arranged close to the EST test equipment with a concave surface that partially surrounds the EST test equipment. This arrangement is determined to generate a wavefront impinging the EST test equipment in the North-South direction, from the CSR network to the EST under test, at a point of focus.
  • the RSE equivalent source network will describe a closed surface forming a volume that will contain the equipment under test EST.
  • the degrees of freedom on these configurations are multiple: the transverse width of the support (spatial extension) of the wave that impacts (wide / thin) or very localized focusing, the different elevation and azimuth angles of the generated wavefront , different polarizations, linear, elliptic, and different forms of temporal waves.
  • the method according to the invention comprises a step of estimating a transfer function thus making it possible to characterize the reverberant medium.
  • Transfer functions H ⁇ co) are determined between each element i of the RSC Field Synthesis Network and each element j of the equivalent RSE source network. These functions can be measured in time or frequency with appropriate devices (Oscilloscope, vector network analyzer, ).
  • FIG. 1 uses a network analyzer 12 connected on the one hand to a first multiplexer 13 which is connected to all the transducers 2-7 of the equivalent RSE source network, and on the other hand to a second multiplexer 14 which is connected to the four transducers 8-11 of the RSC Field Synthesis Network.
  • the measurement data from the network analyzer 12 is collected and processed by a processing unit 15 such as a microcomputer with the capacity and components necessary to perform digital processing.
  • a control bus 16 is used so that the processing unit 15 communicates with the two multiplexers 13 and 14 and the network analyzer. Since the system is reciprocal, the reverberant medium can be excited by applying any signal of any temporal shape by the transducers (antennas) 2-7 of the network of equivalent RSE sources one by one and then collect the signals on the different transducers (antennas). -11 of the RSC Field Synthesis Network, either excite one by one the transducers (antennas) of the RSC Field Synthesis Network and measure on those of the RSE equivalent sources network.
  • This process can then be repeated several times to obtain transfer functions associated with the three main x, y and z polarizations in a Cartesian coordinate system by changing the orientation of the RSE equivalent source network elements during the measurement.
  • the signal x (t) is defined with respect to the frequencies for which it is envisaged to attack the equipment under test EST, so it is mainly defined with respect to a bandwidth and a central frequency. Nevertheless, there is an infinity of signals that share the same occupation of frequencies. So, we also define the type of signal, for example if it is a Gaussian pulse, or a rectangular door, or trapezoidal, etc.
  • the weights ⁇ are defined from the following consideration: the wavefront that will be reconstructed by the time reversal, and pointing to the equipment under test EST (through the surface identified by the network of equivalent sources CSR) will have the same spatiotemporal characteristics of the wavefront that would have been generated by the transducers of the network of equivalent RSE sources, if the latter were excited by the signal x (t) and weighted by the weights ⁇ ,. The only difference will be that in the case of the equivalent RSE source network that is transmitting, the wavefront will propagate outward (diverging) rather than toward (converge) the EST under test equipment.
  • weights ⁇ are chosen according to the wavefront that we wish to use to test the equipment under EST test, but they will not be defined in the final configuration of use, but rather in a configuration where it would be the network of equivalent RSE sources that emit the wavefront in free space, without the presence of the reverberant medium.
  • This step is then independent of the characterization phase, and can be performed using free-space transducer network synthesis techniques.
  • a generator 17, ..., 20 of arbitrary waveforms in baseband is used, successively applying a modulation for shifting the spectrum of the signal around the carrier (or central frequency) chosen during the determination of the primary signal x (t).
  • the signals thus injected into the reverberant medium reconstitutes a coherent wavefront which impacts the EST test equipment according to the direction, the intensity, the directivity and the polarization as predefined by the x (t) and the ⁇ weights. , see the arrows in Figure 2.
  • the present invention may advantageously be applied to tests of: - susceptibility and / or electromagnetic immunity

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Abstract

L'invention concerne un procédé permettant de générer et contrôler une distribution de champ spatio-temporel ayant des caractéristiques prédéfinies telles qu'une ou plusieurs directions de propagation, un niveau d'intensité de champ élevé et une polarisation dans une enceinte réverbérante. Pour ce faire on dispose deux réseaux distincts de transducteurs de façon à estimer une fonction de transfert entre ces deux réseaux et déterminer des signaux d'excitation en utilisant la technique de retournement temporel. Les signaux d'excitation permettent de générer le champ spatio-temporel selon les caractéristiques prédéfinies.

Description

" Procédé de contrôle de la directivité et la polarisation de distributions cohérentes de champ dans un milieu réverbérant."
La présente invention se rapporte à un procédé de génération d'un champ spatio-temporel dans un milieu réverbérant pour analyser le comportement d'un objet sous test disposé dans le milieu réverbérant. Elle trouve une application particulièrement intéressante dans la mise en évidence de défauts d'immunité d'objets soumis à des émissions électromagnétiques ou encore dans la réponse d'objets soumis à un champ particulier. La présente invention peut également s'appliquer dans le domaine acoustique.
D'une façon générale, avec l'augmentation du nombre d'équipements électroniques dans les systèmes actuels, il devient indispensable de vérifier leur susceptibilité aux émissions rayonnées.
Pour assurer le fonctionnement simultané de ces équipements à proximité les uns des autres il faut vérifier leur aptitude à fonctionner dans leur environnement de façon satisfaisante sans produire de perturbations intolérables pour tout ce qui se trouve dans cet environnement. Il en ressort une nécessité d'étude de la réponse d'un objet soumis à un champ, que ce soit un composant, un équipement ou un système complet, pour déterminer des voies d'accès privilégiées aux agressions extérieures et parer ces défauts.
Aussi, obtenir des niveaux de champ élevés dans le domaine des radiofréquences tout en maintenant le coût des instruments de mesure le plus faible possible est devenue une priorité pour les industriels. Ces derniers sont tenus de vérifier que les nouveaux produits qu'ils proposent répondent à des normes de compatibilité et nécessitent de nombreux tests.
Cependant, ces tests peuvent être coûteux en termes de temps d'immobilisation de système, ce qui se traduit par une perte économique sur le lancement d'une chaîne de production ou encore en termes d'instrumentation et de puissance à mettre en œuvre pour réaliser ces tests.
Ainsi on peut être amené à soumettre l'objet sous test à des ondes localement planes présentant des caractéristiques bien précises comme une direction de propagation et une polarisation comme cela est le cas pour les tests réalisés en chambre anéchoïque. Pour ce genre de tests directifs le nombre de configurations de test est rapidement limité, quelques directions d'arrivées sur l'objet sous test et deux polarisations (horizontale et verticale) sont utilisées pour minimiser la durée d'immobilisation des systèmes testés car le changement de configuration de façon mécanique prend un certain temps. Qui plus est, si l'on est intéressé à la génération d'un champ de forte intensité il faut mettre en jeu de fortes puissances qui entraînent un surcoût en termes d'équipement et de maintenance.
Une autre solution souvent utilisée dans l'art antérieur est la génération de champs intenses, isotropes et homogènes à l'aide de chambres réverbérantes à brassage de modes. Celles-ci permettent d'exciter simultanément un nombre considérable d'ondes localement planes provenant de directions aléatoires ainsi que différentes polarisations tout en assurant un niveau de champ moyen important à partir de puissances injectées relativement faibles. Toutefois elles présentent des inconvénients concernant la précision des mesures, dépendantes de la tolérance sur l'uniformité du champ ainsi que de par le caractère aléatoire des directions de propagation du champ et de ses polarisations excitées. En effet la nature aléatoire de l'agression, bien que capable de mettre en évidence la présence d'un défaut dans un système, ne permet pas d'en identifier précisément l'origine, ni l'emplacement, à moins de mettre en œuvre des tests ultérieures dans une chambre anéchoïque.
On connaît le document WO 2005/104473 Al décrivant la technique de retournement temporel d'une onde et vise la transmission de signaux suivant un modèle de communication sans fils point à point sans possibilité de contrôler la directivité ni la polarisation de la propagation du front d'onde.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités en proposant un procédé permettant de générer un champ intense et d'en contrôler la directivité, la direction d'arrivée et la polarisation. Un autre but de l'invention est un contrôle temps réel de la distribution spatio-temporel du champ produit.
On atteint au moins l'un des objectifs précités avec un procédé de génération d'un champ spatio-temporel dans un milieu réverbérant pour analyser le comportement d'un objet sous test disposé dans le milieu réverbérant. Le procédé selon l'invention comprend les étapes suivantes : - on estime au moins une fonction de transfert entre un premier groupe de transducteurs comprenant au moins un transducteur disposé dans le milieu réverbérant et un second groupe de transducteurs comprenant au moins un transducteur également disposé dans le milieu réverbérant, - en tenant compte de la répartition spatiale des transducteurs du premier groupe, on considère un champ spatio-temporel d'excitation que l'on souhaite appliquer sur l'objet,
- on modélise des signaux primaires qui, lorsque appliqués sur le premier groupe de transducteurs, permettraient d'obtenir ledit champ spatio- temporel d'excitation,
- on applique ladite au moins une fonction de transfert sur ces signaux primaires de façon à obtenir des signaux secondaires,
- on utilise une technique dite de retournement temporel dans le domaine temporel ou de conjugaison de phases dans le domaine fréquentiel sur ces signaux secondaires de façon à déterminer des signaux d'excitation, et
- on applique ces signaux d'excitation sur les transducteurs du second groupe de façon à obtenir ledit champ spatio-temporel d'excitation sur l'objet. Le milieu réverbérant peut être une chambre réverbérante ou une enceinte avec une forte réflectivité des parois aux ondes incidentes.
On utilise donc le premier groupe de transducteurs pour l'estimation des fonctions de transfert. Par contre ce premier groupe n'est plus nécessaire lors de l'injection des signaux d'excitation, c'est-à-dire, par exemple, lors de mesures de compatibilité électromagnétique d'un objet sous test. En effet, une fois les fonctions de transfert déterminées, on peut réaliser de nombreux scénarii de propagation d'onde en modifiant uniquement les signaux d'excitation ; la position des transducteurs du second groupe restant identique à leur position lors de l'estimation. Avec le procédé selon l'invention, on s'affranchit d'une phase d'apprentissage du parcours initial de l'onde et d'une focalisation de l'onde d'excitation uniquement sur une source d'émission, comme dans l'art antérieur. La présente invention permet de réaliser la génération de distributions spatiales cohérentes, de fortes intensités et polarisées du champ spatio-temporel dans un milieu réverbérant tout en conservant la possibilité de focaliser ce champ n'importe où dans le milieu réverbérant. L'invention présente un sérieux avantage, par rapport à l'art antérieur, en ce qui concerne la durée des tests qui n'est limitée que par les limites physiques de l'environnement de test comme par exemple le temps de propagation du front d'onde que l'on génère. Ainsi, une durée de test représentative de lms permet de réaliser 1000 configurations différentes en une seconde à partir d'une seule et même phase initiale de caractérisation (obtention des fonctions de transfert pour un positionnement donné des transducteurs).
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, au cours de l'étape de modélisation, chaque signal primaire est défini sous la forme α,.X, où X est le spectre fréquentiel d'un signal en fonction de la variation temporel que l'on souhaite obtenir ; α est un coefficient complexe de pondération en amplitude et en phase du signal X, et j est un indice désignant chaque transducteur du premier groupe de transducteurs ; ces coefficients α, étant définis en fonction de la directivité, et/ou la direction d'arrivée, et/ou l'intensité du champ spatio-temporel d'excitation, et/ou la polarisation.
De préférence, on détermine les α, selon une technique de synthèse de réseau de transducteurs en espace libre. Plus précisément, lors de l'estimation de la fonction de transfert, il existe une fenêtre temporelle où le rayonnement des transducteurs du premier groupe se propage dans les conditions de l'espace libre durant laquelle le front d'onde émis n'a pas eu d'interaction avec les parois du milieu réverbérant. La technique de retournement (« Time Reversai » en langue anglaise) va permettre de retrouver cette fenêtre temporelle en transformant le front d'onde divergente en un front d'onde convergeant vers l'objet sous test.
En d'autres termes, la présente invention permet de considérer un champ spatio-temporel que l'on souhaite appliquer à l'objet sous test ; les propriétés de ce champ spatio-temporel comprenant notamment l'intensité, la polarisation, la directivité et la direction d'arrivée. Pour obtenir un tel champ spatio-temporel avec des propriétés données, on détermine le signal primaire qui devrait être appliqué sur chaque transducteur du premier groupe. En particulier, il s'agit d'un même signal primaire mais avec une pondération α, différente sur chaque transducteur du premier groupe. Connaissant la fonction de transfert entre les transducteurs du premier groupe et du second groupe, on détermine des signaux secondaires qui seraient captés par les seconds transducteurs pour une émission divergente du champ spatio-temporel depuis les transducteurs du premier groupe. Cela se fait par simulation du rayonnement divergent du champ spatio-temporel en espace libre à l'aide de modèles analytiques ou numériques. La technique de retournement permet ensuite de déterminer le signal d'excitation (pondéré par transducteur) à appliquer réellement sur les transducteurs du second groupe de façon à obtenir un champ spatio-temporel d'excitation convergeant vers l'objet sous test, les propriétés de ce champ spatio-temporel d'excitation étant identiques à celles du champ spatio-temporel divergent ci-dessus. Avantageusement, au cours de l'étape d'estimation d'au moins une fonction de transfert, on peut déterminer deux fonctions de transfert pour respectivement deux orientations orthogonales différentes dudit au moins un transducteur du premier groupe de transducteurs ; les deux orientations étant tangentes à une surface comprenant l'ensemble des transducteurs du premier groupe de transducteurs ; puis à l'étape de modélisation, on applique une combinaison linéaire des deux fonctions de transfert en fonction de la polarisation souhaitée du front d'onde dudit champ spatio-temporel d'excitation. On peut ainsi définir tout type de polarisation pour le champ spatio-temporel d'excitation, comme par exemple une polarisation linéaire. De préférence, au cours de la première phase, on détermine trois fonctions de transfert pour respectivement trois orientations orthogonales différentes dudit au moins un transducteur du premier groupe de transducteurs ; puis à l'étape de modélisation, on applique une combinaison linéaire des trois fonctions de transfert en fonction de la polarisation souhaitée du front d'onde dudit champ spatio-temporel d'excitation. Comme dans le cas de deux orientations tangentes, on peut également définir tout type de polarisation pour le champ spatio-temporel d'excitation.
Avec un tel procédé selon l'invention, le champ spatio-temporel d'excitation présente un front d'onde dont les propriétés peuvent être facilement et rapidement modifiées :
- la directivité : on peut modifier en temps réel la directivité du front d'onde sans déplacement mécanique et/ou électronique des transducteurs du second groupe, il suffit de changer les signaux appliqués sur ces transducteurs ; il en est de même de la direction d'arrivée du front d'onde qui, elle, est notamment liée à la disposition des transducteurs du premier groupe ;
- la polarisation : à partir de l'orthogonalité, soit de trois fonctions de transfert dans trois directions principales orthogonales x,y,z, soit de deux fonctions de transfert avec des orientations tangentes comme vu précédemment, on peut adresser n'importe quelle polarisation issue de la combinaison linéaire de ces trois fonctions de transfert ;
- déplacement du centre de phase de l'onde convergente : permet d'aller focaliser un champ sur une partie précise de l'objet sous test.
Avantageusement, le premier groupe de transducteurs peut comprendre une pluralité de transducteurs disposés :
- de façon linéaire,
- de façon surfacique, - de façon à constituer un volume autour de l'objet sous test, par exemple en suivant la forme de l'objet.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les transducteurs, en particulier ceux du premier groupe, sont le moins intrusifs possible. En fait, il s'agit de composants capables de convertir un signal électromagnétique ou acoustique en un signal électrique ou optique. Chaque transducteur du premier groupe peut être une antenne ou sonde capable d'émettre un champ spatio-temporel lors de la détermination de la fonction de transfert, mais capable d'être « invisible » lors des phases de mesure. Par invisible, on entend le moins perturbateur possible par rapport au champ spatio-temporel d'excitation généré par les transducteurs du second groupe. Avantageusement, les transducteurs du premier groupe peuvent être des sondes électro-optiques ou électro-acoustiques.
Les sondes électro-optiques peuvent être à base de cristaux électrooptiques. Il ne s'agit pas réellement d'antennes. Une telle sonde électro- optique fonctionne de telle sorte que le signal associé à un champ capté par cette sonde module un signal optique qui est ensuite transmis par fibre optique vers une unité de traitement. A partir de cette modulation on estime le champ à l'endroit de la sonde.
On peut également utiliser des sondes électro-optiques basées sur une conversion RF/optique. Dans ce cas, il y a une antenne qui fait office de sonde et un module de conversion RF/optique. Le signal capté est converti puis transmis sur fibre optique. Une variante de telles sondes est l'utilisation, à la place de l'antenne, d'un capteur de champ électrique ou magnétique (cellules TEM, capacités, capteurs à effet Hall, etc.).
Selon un mode de réalisation de l'invention, au cours de l'étape d'estimation d'au moins une fonction de transfert, on peut utiliser au moins un transducteur du premier groupe que l'on déplace dans différentes positions, on détermine une composante de ladite au moins une fonction de transfert pour chaque position différente. En d'autres termes, plutôt que d'avoir un réseau de transducteurs du premier groupe, on n'utilise par exemple qu'un seul transducteur que l'on déplace de façon à déterminer la fonction de transfert globale.
A titre d'exemple, l'estimation de ladite au moins une fonction de transfert est obtenue dans le domaine fréquentiel en utilisant un analyseur de réseaux, notamment vectoriel. Autrement, l'estimation de ladite au moins une fonction de transfert peut être obtenue dans le domaine temporel en utilisant un générateur de fonctions ou de formes d'ondes arbitraires et un oscilloscope.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en œuvre nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels :
- La figure 1 est un schéma simplifié d'une configuration pour la caractérisation du milieu réverbérant de façon à déterminer des fonctions de transfert H1J ; et - La figure 2 est un schéma simplifié d'une phase de mesure au cours de laquelle on injecte des signaux d'excitation dans des transducteurs du second groupe désigné par Réseau de Synthèse de Champ (RSC).
Bien que l'invention n'y soit pas limitée, on va maintenant décrire le procédé selon l'invention pour des mesures de compatibilité électromagnétique d'un équipement sous test (EST) placé dans une chambre réverbérante.
La mise en œuvre de ce procédé nécessite un environnement fortement réverbérant comme par exemple une enceinte de forme quelconque dont les parois présentent une forte réflectivité et par conséquent introduisent le moins de pertes possibles. L'invention permet de générer des champs intenses, déterministes et cohérents dans une enceinte réverbérante habituellement utilisée pour générer des champs intenses, mais aléatoires et non cohérents.
Sur la figure 1, on voit une configuration pour caractériser le milieu réverbérant contenu dans une chambre 1. On distingue une collection de transducteurs permettant la génération ou la mesure du champ et que l'on peut répartir en deux familles distinctes :
- un premier groupe de six transducteurs 2-7 qui définissent un Réseau de Sources Equivalentes (RSE) dont la surface correspondant à leur distribution dans le milieu réverbérant ; le RSE émule le rayonnement d'une source ponctuelle au centre de l'équipement sous test (EST) ;
- un second groupe de quatre transducteurs 8-11 qui définissent un Réseau de Synthèse du Champ (RSC) et qui peuvent être disposés sur les parois ou dans tout le volume du milieu réverbérant.
Selon l'invention, on peut disposer des diffuseurs passifs du champ (non représentés) afin d'améliorer éventuellement les performances, mais cela introduit un niveau de complexité supplémentaire. L'équipement sous test EST peut être, de façon préférentielle, présent pendant toute la durée du test. Le but d'une mesure de compatibilité électromagnétique est d'agresser l'équipement sous test EST avec des fronts d'ondes cohérents (impulsionnels ou non) selon des directions d'arrivée différentes. Donc, en fonction de l'ensemble des directions que l'on envisage, on définit la configuration spatiale du réseau de sources équivalentes RSE.
Par exemple, si l'on souhaite tester l'équipement sous test EST sur un seul côté, il suffit de définir un réseau de sources équivalentes RSE surfacique, comme sur la figure 1. Les transducteurs 2-7 du RSE sont disposés proches de l'équipement sous test EST selon une surface concave qui entoure partiellement l'équipement sous test EST. Cette disposition est déterminée de façon à générer un front d'onde venant heurter l'équipement sous test EST dans le sens Nord-Sud, depuis le réseau RSE vers l'équipement sous test EST, en un point de focalisation.
Dans le cas où toutes les directions sont à considérer, le réseau de sources équivalentes RSE décrira une surface fermée formant un volume qui contiendra l'équipement sous test EST. Les degrés de libertés sur ces configurations sont multiples comme : la largeur transversale du support (extension spatiale) de l'onde qui impacte (large/mince) ou focalisation très localisée, les différents angles d'élévations et azimutaux du front d'onde généré, différentes polarisations, linéaires, elliptiques, et différentes formes d'ondes temporelles.
Le procédé selon l'invention comprend une étape d'estimation d'une fonction de transfert permettant ainsi de caractériser le milieu réverbérant. On détermine des fonctions de transferts H^co) entre chaque élément i du Réseau de Synthèse du Champ RSC et chaque élément j du réseau de sources équivalentes RSE. Ces fonctions peuvent être mesurées dans le temps ou en fréquence avec des dispositifs adaptés (Oscilloscope, analyseur de réseau vectoriel,...). Sur la figure 1 on utilise un analyseur de réseaux 12 relié d'une part à un premier multiplexeur 13 qui est connecté à l'ensemble des transducteurs 2-7 du réseau de sources équivalentes RSE, et d'une autre part à un second multiplexeur 14 qui est connecté aux quatre transducteurs 8-11 du Réseau de Synthèse du Champ RSC. Les données de mesure provenant de l'analyseur de réseaux 12 sont collectées puis traitées par une unité de traitement 15 telle qu'un micro-ordinateur doté de capacité et de composants nécessaires pour réaliser des traitements numériques. Un bus de contrôle 16 est utilisé pour que l'unité de traitement 15 communique avec les deux multiplexeurs 13 et 14 et l'analyseur de réseaux. Le système étant réciproque, on peut soit exciter le milieu réverbérant en appliquant un signal de forme temporelle quelconque par les transducteurs (antennes) 2-7 du réseau de sources équivalentes RSE une à une puis collecter les signaux sur les différents transducteurs (antennes) 8-11 du Réseau de Synthèse du Champ RSC, soit exciter une à une les transducteurs (antennes) du Réseau de Synthèse du Champ RSC et mesurer sur celles du réseau de sources équivalentes RSE. En effet, si on injecte un signal, X(ω) (qui peut être une gaussienne ou un balayage en fréquence à l'aide de sinusoïdes), présentant une bande passante spectrale non nulle sur une antenne i du Réseau de Synthèse du Champ RSC on obtient sur une antenne j du réseau de sources équivalentes RSE : 7.(ω) = X(ω)//,(ω)
De même si on excite par les antennes du RSE on obtient les signaux suivants sur les antennes du RSC. Par exemple si on excite par l'antenne j du RSE l'antenne i reçoit : ^ (CD) = X(CD)Zf 7î (CD)
On recommence ce processus jusqu'à déterminer la matrice H(ω) qui contient l'ensemble des fonctions de transfert reliant les deux collections de transducteurs, et pour une configuration spécifique du réseau de sources équivalentes RSE et du réseau de synthèse du champ RSC.
On peut alors réitérer ce processus plusieurs fois pour obtenir des fonctions de transferts associées aux trois polarisations principales x,y et z dans un repère cartésien en changeant l'orientation des éléments du réseau de sources équivalentes RSE lors de la mesure. On obtient alors trois jeux de fonctions de transferts orthogonaux entre eux, Hl] X(ω), Hl] y(ω), Hl] Z(ω), qui constituent une base génératrice de ces trois polarisations principales et de toutes combinaisons linéaires de celles-ci.
Il est maintenant possible de créer plusieurs types d'agression, avec la possibilité de choisir sa distribution spatio-temporelle et sa polarisation. Toutefois, le choix des directions d'impact est fonction de la configuration choisie pour les transducteurs 2-7. Avec une configuration sphérique des transducteurs 2-7 autour de l'EST, il est possible d'envisager tout type d'agression selon toutes les directions possibles sur 360°. Pour pouvoir paramétrer le champ spatio-temporel, on associe deux quantités à la matrice H, c'est-à-dire un signal temporel x(t) (ou X(ω) dans le domaine fréquentiel) qui définit l'évolution temporelle du front d'onde du champ spatio-temporel à impacter sur l'équipement de test EST, et les poids ûj, qui définissent surtout l'évolution spatiale du front d'onde. Les poids α, permettent de fixer la direction et la directivité du front d'onde du champ spatio-temporel devant heurter l'EST.
Le signal x(t) est défini par rapport aux fréquences pour lesquelles on envisage d'agresser l'équipement sous test EST, donc il est principalement défini par rapport à une bande passante et une fréquence centrale. Néanmoins, il existe une infinité de signaux qui partage la même occupation de fréquences. Donc, on définit également le type de signal, par exemple s'il s'agit d'une impulsion gaussienne, ou d'une porte rectangulaire, ou trapézoïdale, etc.
Les poids α, sont définis à partir de la considération suivante : le front d'onde qui sera reconstruit grâce au retournement temporel, et se dirigeant sur l'équipement sous test EST (à travers la surface identifiée par le réseau de sources équivalentes RSE) aura les mêmes caractéristiques spatiotemporelles du front d'onde qui aurait été généré par les transducteurs du réseau de sources équivalentes RSE, si ces derniers étaient excités par le signal x(t) et pondérés par les poids α,. La seule différence sera que dans le cas du réseau de sources équivalentes RSE qui émet, le front d'onde se propagera vers l'extérieur (divergent), plutôt que vers (convergent) l'équipement sous test EST. Cette considération implique que les poids α, sont choisis en fonction du front d'onde que l'on souhaite utiliser pour tester l'équipement sous test EST, mais ils ne seront pas définis dans la configuration finale d'utilisation, mais plutôt dans une configuration où ce serait le réseau de sources équivalentes RSE qui émettrait le front d'onde en espace libre, sans la présence du milieu réverbérant. Cette étape est alors indépendante de la phase de caractérisation, et elle peut être réalisée grâce aux techniques de synthèse de réseau de transducteurs en espace libre.
Comme vu précédemment, pour pouvoir contrôler la polarisation du front d'onde, il est nécessaire de mesurer la matrice H pour différentes orientations des transducteurs du RSE. Dans ce cas, différents jeux de poids ûj sont à considérer, un jeu pour chaque composante de la polarisation que l'on souhaite modifier/exciter.
Ayant caractérisé le milieu, et ayant fixé le signal d'excitation x(t) et les différents jeux de poids α,, on peut alors synthétiser des signaux d'excitation y,(t) qui seront appliqués aux transducteurs du RSC, grâce à l'utilisation de la formule de retournement suivante :
Figure imgf000013_0001
où l'étoile représente l'opération de conjugaison complexe, X(ω) et
H,j(ω) étant définies dans le domaine fréquentiel. L'opérateur F est la transformée inverse de Fourier (ou, d'une façon équivalente, celle de Laplace). A part la phase de caractérisation du milieu réverbérant, toutes les autres étapes ci-dessus sont réalisées par traitement numérique au moyen de l'ordinateur 15 ou grâce à des résultats calculés préalablement. La synthèse des signaux d'excitation y,(t) accomplie, ceux-ci sont appliqués aux transducteurs 8-11 du réseau de synthèse du champ RSC, et générés dans le domaine temporel conformément à la figure 2. On retrouve sur cette figure 2 la chambre réverbérante 1 comprenant les mêmes éléments que sur la figure 1, mais les transducteurs 2-7 ont été retirés pour la phase de génération de fronts d'onde. Mais on peut tout à fait envisager de les laisser dans la chambre. Dans ce cas, ces transducteurs 2-7 sont de préférence choisis de façon à ne pas perturber la phase d'injection des signaux d'excitation.
Pour générer les signaux d'excitation y,(t), on utilise, pour chaque transducteur du réseau de synthèse du champ RSC, un générateur 17,..., 20 de formes d'ondes arbitraires en bande base, en appliquant successivement une modulation pour décaler le spectre du signal autour de la porteuse (ou fréquence centrale) choisie lors de la détermination du signal primaire x(t). D'autres techniques équivalentes existent, comme l'utilisation de modulateur I/Q. Les signaux ainsi injectés dans le milieu réverbérant reconstitue un front d'onde cohérent qui impacte sur l'équipement sous test EST selon la direction, l'intensité, la directivité et la polarisation telles que prédéfinies par les x(t) et les poids α,, voir les flèches sur la figure 2.
Ensuite, si l'on souhaite générer un front d'onde différent, avec une distribution spatiale différente, une évolution temporelle différente (signal x(t)) ou une polarisation différente, il suffit de déterminer de nouveaux signaux d'excitation y,(t) à partir d'un nouveau signal x(t) et de nouveaux poids ûj, sans avoir besoin de caractériser à nouveau le milieu réverbérant. On peut tester l'équipement sous test EST sous différentes directions d'impacte, polarisation, et variations temporelles en succession très rapide. La limitation principale sera donnée par les temps de calcul de l'ordinateur 15 qui synthétise les signaux y,(t). La présente invention permet donc de contrôler en temps réels les propriétés du champ spatio-temporel dans une enceinte réverbérante.
La présente invention peut avantageusement s'appliquer à des tests : - de susceptibilité et/ou immunité électromagnétique,
- d'efficacité de blindage aux émissions rayonnées, - de mise en évidence d'effets non linéaires ou de test champ de claquage sur un objet soumis à un champ, et de détermination d'une section radar (Acoustique et Electromagnétisme).
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de génération d'un champ spatio-temporel dans un milieu réverbérant pour analyser le comportement d'un objet sous test disposé dans le milieu réverbérant, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- on estime au moins une fonction de transfert entre un premier groupe de transducteurs comprenant au moins un transducteur disposé dans le milieu réverbérant et un second groupe de transducteurs comprenant au moins un transducteur également disposé dans le milieu réverbérant,
- en tenant compte de la répartition spatiale des transducteurs du premier groupe, on considère un champ spatio-temporel d'excitation que l'on souhaite appliquer sur l'objet,
- on modélise des signaux primaires qui, lorsque appliqués sur le premier groupe de transducteurs, permettraient d'obtenir ledit champ spatio-temporel d'excitation,
- on applique ladite au moins une fonction de transfert sur ces signaux primaires de façon à obtenir des signaux secondaires,
- on utilise une technique dite de retournement temporel dans le domaine temporel ou de conjugaison de phases dans le domaine fréquentiel sur ces signaux secondaires de façon à déterminer des signaux d'excitation, et
- on applique ces signaux d'excitation sur les transducteurs du second groupe de façon à obtenir ledit champ spatio-temporel d'excitation sur l'objet.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au cours de l'étape de modélisation, chaque signal primaire est défini sous la forme α,.X, où X est le spectre fréquentiel d'un signal en fonction de la variation temporel que l'on souhaite obtenir ; α est un coefficient complexe de pondération en amplitude et en phase du signal X, et j est un indice désignant chaque transducteur du premier groupe de transducteurs ; ces coefficients α étant définis en fonction de la directivité, direction d'arrivée, polarisation et/ou l'intensité du champ spatio-temporel d'excitation.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on détermine les α, selon une technique de synthèse de réseau de transducteurs en espace libre.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au cours de l'étape d'estimation d'au moins une fonction de transfert, on détermine deux fonctions de transfert pour respectivement deux orientations orthogonales différentes dudit au moins un transducteur du premier groupe de transducteurs ; les deux orientations étant tangentes à une surface comprenant l'ensemble des transducteurs du premier groupe de transducteurs ; puis à l'étape de modélisation, on applique une combinaison linéaire des deux fonctions de transfert en fonction de la polarisation souhaitée du front d'onde dudit champ spatio-temporel d'excitation.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au cours de la première phase, on détermine trois fonctions de transfert pour respectivement trois orientations orthogonales différentes dudit au moins un transducteur du premier groupe de transducteurs ; puis à l'étape de modélisation, on applique une combinaison linéaire des trois fonctions de transfert en fonction de la polarisation souhaitée du front d'onde dudit champ spatio-temporel d'excitation.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier groupe de transducteurs comprend une pluralité de transducteurs disposés de façon linéaire.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le premier groupe de transducteurs comprend une pluralité de transducteurs disposés de façon surfacique.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le premier groupe de transducteurs comprend une pluralité de transducteurs disposés de façon à constituer un volume autour de l'objet sous test.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les transducteurs du premier groupe de transducteurs sont des sondes électro-optiques.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les transducteurs du premier groupe de transducteurs sont des sondes électro-acoustiques.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au cours de l'étape d'estimation d'au moins une fonction de transfert, on utilise au moins un transducteur du premier groupe que l'on déplace dans différentes positions, on détermine une composante de ladite au moins une fonction de transfert pour chaque position différente.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'estimation de ladite au moins une fonction de transfert est obtenue dans le domaine fréquentiel en utilisant un analyseur de réseaux.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'estimation de ladite au moins une fonction de transfert est obtenue dans le domaine temporel en utilisant un générateur de fonctions ou de formes d'ondes arbitraires et un oscilloscope.
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